穿斗式木构架结构与轻型木结构抗震性能振动台试验研究

通过1∶2比例穿斗式木构架结构和轻型木结构模型的振动台试验,对这两种结构的抗震性能进行了研究。结果表明：穿斗式木构架在峰值加速度在0~0.5g的地震激励下,柱顶水平加速度反应会减小,动力放大系数在0.46~0.57之间,柱顶位移会增大,在输入峰值加速度大于0.4g后,柱与础石之间会产生较大的滑移,卯榫节点也会产生较大变形,从而耗散大量的地震能量,使得该结构具有明显的减震效果;轻型木结构模型则在峰值加速度大于0.4g地震激励下,柱顶加速度动力放大系数大于1,且轻型木结构模型在峰值加速度0.5g地震激励下,仍处于弹性状态。     

传统民居穿斗式木构架抗震性能振动台试验研究

为研究西南地区木结构传统民居的抗震性能,对一个位于7度抗震设防烈度地区的两层、两跨穿斗式木构架进行模拟地震振动台试验。试验中选用3条天然波和1条人工波作为输入地震波,对模型结构的动力特性、加速度响应、位移响应、地震剪力及耗能能力进行分析。研究结果表明：随着输入加速度峰值的增加,模型结构自振频率减小,阻尼比增大。在加速度峰值为022g的地震作用后,模型结构X向和Y向的一阶自振频率分别降低了1069%和1997%,相应阻尼比分别增大到1606%和1747%。结构各层加速度放大系数随着加速度峰值的增加而降低,檐柱顶处的加速度放大系数在整个结构中最小,说明檐柱顶处榫卯节点在振动过程中减震作用明显。在加速度峰值为022g的地震作用下,结构最大层间位移角为1/53,此时未见模型有显著破坏,表明模型木构架具有良好的整体变形能力和抗倒塌能力。整个试验过程中,一层柱架耗能作用最大,柱脚耗能作用最小。     

抗震设防高烈度区阻尼器增强穿斗式木结构模型振动台试验

为验证剪切型阻尼器对穿斗式木结构建筑的增强加固效果,将16个扇形剪切型阻尼器安装在穿斗式木结构四角柱榫卯节点处,分别对原结构(无控结构)模型和安装有阻尼器的结构(有控结构)模型进行峰值加速度由0.14g逐步增大至0.95g(9度多遇~9度极罕遇)的地震波激励振动台试验。对试验模型动力特性和地震响应对比分析结果表明:有控结构模型始终保持弹性状态,结构模型X向自振频率仅在输入峰值加速度0.95g地震波激励后出现下降,由1.907 Hz降为1.587 Hz,Y向自振频率始终保持3.052 Hz;Y向阻尼器发挥作用更为明显,对刚度较小部位以提供附加刚度为主,对刚度较大部位以提供附加阻尼为主,有控结构模型最小动力放大系数大于无控结构模型的,其最大动力放大系数均小于无控结构模型的;最大层间位移角均发生在Kobe波激励下结构二层层间,有控结构模型最大层间位移角大部分小于无控结构模型的;扇形剪切型阻尼器作为9度高抗震设防烈度区穿斗式木结构建筑增强加固措施是适宜的。     

传统民居穿斗式木结构栓榫节点抗震性能试验研究

以川西传统民居穿斗式木结构中的栓榫节点为研究对象,参照当地典型工程,制作了4个缩尺比为1∶1.33的榫卯节点,并对其进行低周反复加载试验,得到了栓榫节点的破坏形态、弯矩-转角滞回曲线、骨架曲线、强度和刚度退化规律以及耗能能力等抗震性能指标;利用ABAQUS软件建立有限元模型,分析梁截面高度和栓子截面尺寸对榫卯节点承载力的影响。结果表明:节点的破坏形态主要为半榫节点榫头拔出、采用方形栓子节点榫头发生剪切破坏、采用圆形栓子节点榫头发生折断破坏;柱子基本完好,榫头破坏较为严重;所有节点的弯矩-转角滞回曲线均呈Z形,滞回环的捏拢效应较为明显;采用方形栓子节点的受弯承载力、转动刚度和耗能能力均大于半榫节点,且随着方形栓子截面尺寸的增大而逐渐增大;栓榫试件破坏时节点转角均大于半榫试件,说明栓子的存在能够提高榫卯节点的变形能力;枋截面高度对榫卯节点承载力影响较大,方形栓子边长和圆形栓子直径分别为10~30mm和10~20mm时较为合理。研究结果可为传统民居穿斗式木结构的定量参数化设计和抗震性能分析提供参考。     

两层轻型木结构足尺房屋模型模拟地震振动台试验研究

轻型木结构房屋在既往的地震中表现出良好的抗震性能,同时也存在某些方面的不足。对一个两层、足尺、长宽高为6m×6m×6.3m的木框架房屋进行了67个工况的振动台试验,考虑了一层横墙的门洞宽度变化和结构平面布置不对称等研究参数。试验结果表明:在0.2g以下的地震中,模型处于弹性状态;在0.55g的地震中,即使经过多次重复地震,并且一层开洞率达到60%,模型结构仍然不会发生倒塌;结构布置不对称时,结构的加速度和位移反应均较对称结构强烈,并且存在明显的扭转效应。对称结构在0.1g、0.2g和0.4g的地震中,模型结构的最大层间位移角约为1/500、1/250和1/80。试验研究的结果表明,与模型结构类似的对称轻型木结构房屋能够满足我国建筑抗震设计规范(GB50011-2001)中的8度抗震设防要求。     

古代殿堂式木结构建筑模型振动台试验研究

对按照《营造法式》制作的古代殿堂式木结构建筑心间缩尺模型进行了模拟振动台试验研究。选用E l Centro波、Taft波、兰州波作为输入地震动。测量了台面、柱脚、柱头、木梁的位移和加速度响应。对模型的破坏形态、自振周期、阻尼比、动力响应、滞回耗能进行了分析。试验结果表明:自振周期T的变化范围为0.48~0.67s,阻尼比ξ的变化范围为0.029~0.046,模型的自振周期和阻尼比随着地震加速度的增强而增大;模型的动力放大系数β<1,且随着地震加速度的增强而减小;铺作层、柱础层都是通过摩擦滑移来耗能,柱架榫卯节点的耗能能力最强,在模型的耗能、减震中起着主要作用。     

内嵌砖墙穿斗木结构振动台试验研究

为研究南方地区传统砖木结构民居的抗震性能,设计制作了一个1:2缩尺的内嵌砖墙穿斗木结构模型,通过振动台试验对模型结构的破坏形态、动力特性、加速度及位移响应进行了分析.结果表明:7度多遇地震时,木构架与内嵌砖墙连接良好,内嵌砖墙显著增加了木构架的抗侧刚度,结构位移反应显著减小,纵、横向最大位移角分别为1/1360和1/1...     

穿斗式木结构钩榫节点抗震性能研究

为研究传统民居穿斗式木结构钩榫节点的抗震性能,参照西南地区典型木结构建筑,按1∶1.33缩尺比制作了5个不同榫头尺寸的钩榫节点和1个半榫节点,对其进行低周往复加载试验,研究节点的破坏形态、弯矩-转角滞回曲线、骨架曲线、刚度退化规律、耗能与变形能力。采用ABAQUS有限元软件对钩榫节点进行数值模拟,进一步分析了榫头与卯口部位的应力分布,以及榫尖高度和榫大头长度对钩榫节点受弯承载力的影响。结果表明：钩榫节点破坏形态主要表现为榫尖受剪破坏、榫头变截面处的木材撕裂和榫头折断,半榫节点破坏形态为榫头脱出卯口,柱和穿枋基本完好;钩榫节点弯矩-转角滞回曲线呈反“Z”形且正反向不对称;加载后期等效黏滞阻尼系数增大,节点耗能持续增大;钩榫节点变形能力较强,破坏转角可达0.08～0.12 rad,榫头横纹受压应力达到其抗压强度,柱卯口应力远小于其抗压强度;适度增大榫尖高度和减小榫大头长度均能有效提高钩榫节点的受弯承载力。     

湖南省某穿斗木结构设计及抗震性能分析

为研究穿斗式木结构的结构特性及抗震性能,以位于湖南省抗震设防烈度6度区的穿斗式木结构图书馆为原型,在考虑节点半刚性特性的基础上,通过ETABS软件进行建模,对结构进行内力、变形计算和截面验算,并通过时程计算得到结构在多遇地震作用下的柱底剪力、层间位移角等地震响应。结果表明:榫卯节点在受力过程中经历了弹性阶段和塑性变形阶段;穿斗木结构在小震作用下整体变形特性良好,中震作用下结构的侧向变形较大;在地震作用下,柱脚易出现拉力,失效模式表现为柱脚滑移导致局部破坏,在工程中可采用锚杆或插板螺栓连接的方式对柱脚进行锚固。     

穿斗式木结构边节点传力特性及分析

穿斗式木结构是木构架的主要形式之一,整体结构的高度完整性是其特点之一,这种构架以柱直接承檩,故称为穿斗式结构。在榫头和卯口不断转动挤压的过程中,会产生较大的变形。为进一步研究穿斗式木结构边节点在受到往复荷载时传力特性,利用ANSYS对其进行有限元分析,得出其弯矩—转角滞回曲线并进行分析。研究结果表明:普通直透榫节点在承受往复荷载的过程中能够耗散一定的能量,并且在往复循环荷载的作用下,榫头和卯口之间产生了较大的滑移,随着控制位移的增加,滑移量也逐渐加大。     

北京地区典型砖木结构农宅抗震加固性能研究

根据北京地区农村住宅调研结果,选取最典型的砖木(前檐砖柱支撑)结构,进行了加固前后的振动台试验。针对北京地区农村住宅砖木结构(砖柱支撑)未加固模型的振动台试验结果,提出了抗震加固措施,包括:加设钢筋混凝土窗框,增大前纵墙的抗侧刚度;采用水泥砂浆面层加固两面山墙、砖柱和窗下墙,提高墙体的承载和变形能力;加设钢圈梁,提高结构的整体牢固性。分析了模型加固前后振动台试验的损伤情况、频率和阻尼、加速度动力系数、位移和滞回曲线等结构动力特性参数。上述加固措施显著提高了此类砖木结构农宅的抗震能力,加固模型达到了\"小震不坏、中震可修、大震不倒\"的抗震设防目标。     

适量注芯混凝土砌块结构模型振动台试验研究

通过对6层适量注芯混凝土小型空心砌块配筋砌体结构模型进行地震模拟振动台试验,分析结构体系的结构动力特性、加速度放大反应、最大层间位移角等,研究其在抗震设防烈度为7度构造措施条件下的结构抗震性能、屈服机制。试验结果表明：配筋砌体模型结构在地震作用下的整体变形仍以剪切变形为主;在输入不同地震波、不同峰值加速度时,结构横向所能承受的输入峰值加速度的平均值比纵向要高,横向变形大于纵向变形,说明结构纵向抗震能力要强于横向;圈梁、构造柱以及水平拉结筋构成的约束体系作用明显,结构在基本烈度地震作用下抗破坏能力较强,能够满足抗震规范规定的在7度区“大震不倒”的要求;结构在罕遇地震作用下也具有相当的抗震能力。     

传统楼阁式木塔抗震性能研究

考虑七度多遇至八度罕遇烈度水平,对一个缩尺比例为1/5的七层传统楼阁式木塔模型进行了模拟地震振动台试验。运用模态分析和系统识别理论,辨识了各水准地震作用后模型结构X向和Y向前四阶振型、频率和阻尼比。试验发现七度罕遇和八度罕遇水准地震作用下模型部分栌斗和散斗出现横纹劈裂裂缝,但模型结构未发现局部构件明显损坏或整体倒塌。模态识别结果表明模型结构X向和Y向一阶阻尼比均大于10%,其余模态阻尼均大于5%|震后结构X向一阶频率下降了17%,一阶模态阻尼比增加到16%。研究可为传统木结构抗震研究提供试验支撑。     

地铁车站接头结构振动台模型试验及地震响应的三维数值模拟

先简要介绍了地铁车站接头结构振动台模型试验,然后利用有限差分软件FLAC3D对试验进行了三维数值拟合分析.建立的三维数值计算模型包括:计算范围与模型箱尺寸一致,采用Davidenkov模型描述模型土的非线性动力特性,对边界条件采用加速度条件模拟.计算得到了车站结构模型和区间隧道模型的加速度响应、土-结构间的动土压力值以及结构模型的动应变值.计算结果与实测结果吻合较好,验证了建立的数值计算模型是合理的,拟合分析结果是正确的,从而可为建立软土地铁车站结构地震响应的三维计算方法提供基础.     

整体钢框架内嵌加气混凝土填充墙板足尺模型振动台试验研究

为了研究内嵌加气混凝土（ALC）墙板对框架结构抗震性能的影响,进行了带内嵌ALC填充开洞墙板的两层钢框架结构足尺模型振动台试验。采用了预埋连接节点以减少板材连接对墙板造成的损伤,并采用自攻螺钉对窗口部位进行加固。试验研究了框架的振动特性及墙板的损伤情况,分析了内嵌加气混凝土墙板对钢框架结构的频率、阻尼比、刚度、楼层加速度以及楼层位移的影响。研究表明：带加气混凝土墙板钢框架结构的层间抗侧刚度较纯钢框架的提高了111%;结构的阻尼比为6.94%,大于结构设计中3%的标准;墙板位移比钢框架位移略小,表明该连接节点具有一定减震效果;模型结构的加速度放大系数随地震烈度的增加而逐渐增加,表明结构逐渐进入塑性状态;在8度罕遇地震作用下,墙板位移角达到1/49且未发生墙板脱落或者坍塌现象,仅墙板有较小损伤,表明墙板及连接节点具有良好的抗震性能。     

底部加钢筋混凝土剪力墙框架结构模型的振动台试验

对底部加钢筋混凝土剪力墙框架结构模型进行了试验,测定了结构的动力特性以及地震反应,试验表明,底部加剪力墙框架结构可以作为一种有效的抗震结构体系。     

超高层钢管混凝土重力柱-混凝土核心筒结构振动台试验研究

提出一种新型的钢管混凝土重力柱-核心筒结构体系,通过地震模拟振动台试验验证其抗震性能。以实际超高层钢管混凝土柱框架-混凝土核心筒建筑结构为参考,将钢框架梁与柱或核心筒的刚性节点改为螺栓连接的铰接节点,简化结构并制作1/40的缩尺结构模型,采用4条地震动记录进行不同工况的振动台试验,分析结构的震损特点、动力特性、侧向位移、层间位移角、扭转角、地震惯性力、楼层剪力和倾覆弯矩等。结果表明:震损主要出现在下部楼层的混凝土楼板与柱连接、楼板与核心筒连接、楼板与钢梁连接、核心筒角部等部位;基本自振周期和阻尼比随震损增加而增大,动力放大效应减小,长周期地震动反应显著,侧向变形和层间位移显著增大;外排架柱的层间位移主要为不产生内力的刚体转动,核心筒层间位移角达1/26,超过规范JGJ 3—2010中规定的框架-核心筒结构体系不倒塌限值的3. 85倍而未出现倒塌;外排架抗扭刚度小,结构扭转反应由核心筒主导;地震惯性力和楼层剪力受地震长周期分量的影响小,随结构损伤增大楼层内力增加幅度减小。     

大跨隔震结构竖向地震响应的振动台试验研究

为研究大跨隔震结构竖向地震响应,首先对一大跨网架隔震结构1∶20的缩尺模型进行了振动台试验,对比研究隔震前后模型的动力特性及其在双向和三向地震动输入下的加速度及位移等动力反应,进而对大跨隔震结构的网架和一般楼层(首层和转换层)的竖向减震效果进行了分析。结果表明大跨隔震结构的网架在双向地震和三向地震输入下都具有非常明显的水平减震效果,且减震率大于一般楼层;大跨隔震结构的一般楼层基本没有竖向减震效果,而在输入地震强度比较小的情况下网架竖向加速度基本没有减小,甚至稍有放大,但随着输入地震强度的增加,网架的竖向加速度减震率逐渐提高;对于网架的竖向位移响应,基础隔震模型在罕遇地震下有较明显的减震效果。最后建立了相应大跨隔震结构与非隔震结构的有限元分析模型,并对隔震支座进行参数优化,结果表明屈重比取4%～6%时,大跨网架隔震结构具有较小的基底剪力。